Question

化学热力学是物理化学的重要分支。请根据所学知识回答下列问题：

(1)最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：

①CO和O生成CO₂是______反应(填吸热或放热)

②状态Ⅲ生成的分子含有____(填极性键或非极性键)，该分子的电子式____

(2)已知一定条件下合成氨反应：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  ΔH＝－92.0 kJ·mol^-1，相同条件下将1 mol N₂和3 mol H₂放在一密闭容器中充分反应，测得反应放出的热量(假定热量无损失)________92.0 kJ。(填=、>或<)

(3)同温同压下，H₂(g)＋Cl₂(g)===2HCl(g)，在光照和点燃条件下的ΔH(化学计量数相同)分别为ΔH₁、ΔH₂，则ΔH₁________ΔH₂。(填=、>或<)

(4)用O₂将HCl转化为Cl₂，可提高效益，减少污染，传统上该转化通过如图所示的催化剂循环实现，

反应①为2HCl(g) + CuO(s) =H₂O(g)+CuCl₂(g)  △H₁

反应②生成1molCl₂(g)的反应热为△H₂

则总反应的热化学方程式为_______, (反应热用△H₁和△H₂表示)。

(5)已知25℃，101kPa时：4Fe(s)+3O₂(g)=2Fe₂O₃(s)         ΔH=-1648kJ/mol

C(s)+O₂(g)=CO₂(g)                                ΔH=-393kJ/mol

2Fe(s)+2C(s)+3O₂(g)=2FeCO₃(s)                    ΔH=-1480kJ/mol

FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的ΔH=________

(6)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：(g)(g)+H₂(g)

已知：

化学键	C－H	C－C	C＝C	H－H
键能/kJ·mol^-1	412	348	612	436

计算上述反应的△H＝________ 。

Answer

放热 极性键 < = 2HCl(g)+O2(g)=Cl2(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1+ΔH2 -260 kJ/mol +124 kJ/mol

【解析】

(1)根据反应物和生成物的能量高低判断；

(2)根据可逆反应特点考虑；

(3)焓变与反应条件无关，只与反应的始态和终态有关；

(4)根据盖斯定律计算反应热并写出热化学方程式；

(5)根据盖斯定律计算反应热；

(6)反应热=反应物键能总和-生成物键能总和

(1)①由图可知反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，答案为：放热；

②根据图示中原子的变化可知反应最后生成的是CO2，在CO2中C原子和O原子之间通过共用电子对形成极性共价键，C原子与每个O原子形成两个共用电子对，所有原子都达到8电子稳定结构，CO2电子式为：，答案为：极性键；；

(2)合成氨反应是可逆反应，相同条件下将相同条件下1 mol N2和3 mol H2不能完全反应生成2 molNH3，所以放热小于92.0 kJ，答案为：< ；

(3)反应焓变与起始物质能量和终了物质能量差有关，与反应条件无关，同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同，答案为：=；

(4)反应①为：2HCl(g) + CuO(s) =H2O(g)+CuCl2(s) △H1，反应②生成1molCl2(g)的反应热为△H2，由图示可知反应②为：CuCl2(s)+O2(g)= CuO(s) +Cl2(g) △H2，根据盖斯定律①+②可得总反应的热化学方程式：2HCl(g)+O2(g)=Cl2(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1+ΔH2；

(5)已知：①4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol

②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393kJ/mol

③2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol

根据盖斯定律，①-③2+②4可得热化学方程式：4FeCO3(s) +O2(g)=2Fe2O3(s) +4CO2(g) ，所以FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的ΔH=-1648kJ/mol-2(-1480kJ/mol)+4(-393kJ/mol)=-260 kJ/mol，答案为：-260 kJ/mol；

(6)反应热=反应物键能总和-生成物键能总和，由反应中有机物的结构可知，应是—CH2CH3中键能与—CH=CH2、H2总键能之差，所以ΔH=(5412+348-3412-612-436) kJ/mol=+124 kJ/mol。